天精通 RxJS (02)： Functional Programming 基本观念-优快云博客

本文介绍了Functional Programming的基础概念和重要特性，如Pure Function、Side Effect等，以及它为何成为现代编程的重要组成部分。

Functional Programming 是 Rx 最重要的观念之一，基本上只要学会 FP 要上手 Rx 就不难了！Functional Programming 可以说是近年来的显学，各种新的函数编程语言推出之外，其他旧有的语言也都在新版中加强对 FP 的支援！

这是【30天精通 RxJS】的 02 篇，如果还没看过 01 篇可以往这边走：
30 天精通 RxJS (01)：认识 RxJS%EF%BC%9A%E8%AE%A4%E8%AF%86%20RxJS.md)

什么是 Functional Programming ?

functional programming icon

Functional Programming 是一种编程范式(programming paradigm)，就像 Object-oriented Programming(OOP)一样，就是一种写程式的方法论，这些方法论告诉我们如何思考及解决问题。

简单说 Functional Programming 核心思想就是做运算处理，并用 function 来思考问题，例如像以下的算数运算式：

(5 + 6) - 1 * 3复制代码

我们可以写成

const add = (a, b) => a + b
const mul = (a, b) => a * b
const sub = (a, b) => a - b

sub(add(5, 6), mul(1, 3))复制代码

我们把每个运算包成一个个不同的 function，并用这些 function 组合出我们要的结果，这就是最简单的 Functional Programming。

Functional Programming 基本要件

跟 OOP 一样不是所有的语言都支持 FP，要能够支持 FP 的语言至少需要符合函数为一等公民的特性。

函数为一等公民 (First Class)

一等公民就是指跟其他资料型别具有同等地位，也就是说函数能够被赋值给变数，函数也能够被当作参数传入另一个函数，也可当作一个函数的回传值

函数能够被赋值给变数

var hello = function() {}复制代码

函数能被当作参数传入

fetch('www.google.com')
.then(function(response) {}) // 匿名 function 被传入 then()复制代码

函数能被当作回传值

var a = function(a) {
    return function(b) {
      return a + b;
    }; 
    // 可以回传一个 function
}复制代码

Functional Programming 重要特性

Expression, no Statement

Functional Programming 都是表达式 (Expression) 不会是陈述式(Statement)。
基本区分表达式与陈述式：

表达式 是一个运算过程，一定会有返回值，例如执行一个 function

add(1,2)复制代码

陈述式则是表现某个行为，例如一个赋值给一个变数

a = 1;复制代码

有时候表达式也可能同时是合法的陈述式，这里只讲基本的判断方法。如果想更深入了解其中的差异，可以看这篇文章 Expressions versus statements in JavaScript

由于 Functional Programming 最早就是为了做运算处理不管 I/O，而 Statement 通常都属于对系统 I/O 的操作，所以 FP 很自然的不会是 Statement。

当然在实际中不可能完全没有 I/O 的操作，Functional Programming 只要求对 I/O 操作限制到最小，不要有不必要的 I/O 行为，尽量保持运算过程的单纯。

Pure Function

Pure function 是指一个 function 给予相同的参数，永远会回传相同的返回值，并且没有任何显著的副作用(Side Effect)

举个例子：

var arr = [1, 2, 3, 4, 5];

arr.slice(0, 3); // [1, 2, 3]

arr.slice(0, 3); // [1, 2, 3]

arr.slice(0, 3); // [1, 2, 3]复制代码

这里可以看到 slice 不管执行几次，返回值都是相同的，并且除了返回一个值(value)之外并没有做任何事，所以 slice 就是一个 pure function。

var arr = [1, 2, 3, 4, 5];

arr.splice(0, 3); // [1, 2, 3]

arr.splice(0, 3); // [4, 5]

arr.slice(0, 3); // []复制代码

这里我们换成用 splice，因为 splice 每执行一次就会影响 arr 的值，导致每次结果都不同，这就很明显不是一个 pure function。

Side Effect

Side Effect 是指一个 function 做了跟本身运算返回值没有关系的事，比如说修改某个全域变数，或是修改传入参数的值，甚至是执行 console.log 都算是 Side Effect。

Functional Programming 强调没有 Side Effect，也就是 function 要保持纯粹，只做运算并返回一个值，没有其他额外的行为。

这里列举几个前端常见的 Side Effect，但不是全部

发送 http request
在画面印出值或是 log
获得使用者 input
Query DOM 事件

Referential transparency

前面提到的 pure function 不管外部环境如何，只要参数相同，函数执行的返回结果必定相同。这种不依赖任何外部状态，只依赖于传入的参数的特性也称为引用透明(Referential transparency)

利用参数保存状态

由于最近很红的 Redux 使我能很好的举例，让大家了解什么是用参数保存状态。了解 Redux 的开发者应该会知 Redux 的状态是由各个 reducer 所组成的，而每个 reducer 的状态就是保存在参数中！

function countReducer(state = 0, action) {
// ...
}复制代码

如果你跟 Redux 不熟可以看下面递回的例子

function findIndex(arr, predicate, start = 0) {
    if (0 <= start && start < arr.length) {
        if (predicate(arr[start])) {
            return start;
        }
        return findIndex(arr, predicate, start+1);
    }
}
findIndex(['a', 'b'], x => x === 'b'); // 找数组中 'b' 的 index复制代码

这里我们写了一个 findIndex 用来找数组中的元素位置，我们在 findIndex 中故意多塞了一个参数用来保存当前找到第几个 index 的状态，这就是利用参数保存状态！

这边用到了递回，递回会不断的呼叫自己，制造多层 stack frame，会导致运算速度较慢，而这通常需要靠编译器做优化！

那 JS 有没有做递回优化呢？恭喜大家，ES6 提供了尾呼优化(tail call optimization)，让我们有一些手法可以让递回更有效率！

Functional Programming 优势

可读性高

当我们透过一系列的函数封装资料的操作过程，代码能变得非常的简洁且可读性极高，例如下面的例子

[9, 4].concat([8, 7]) // 合并数组
      .sort()  // 排序
      .filter(x => x > 5) // 过滤出大于 5 的复制代码

可维护性高

因为 Pure function 等特性，执行结果不依赖外部状态，且不会对外部环境有任何操作，使 Functional Programming 能更好的除错及撰写单元测试。

易于并行/平行处理

Functional Programming 易于做并行/平行(Concurrency/Parallel)处理，因为我们基本上只做运算不碰 I/O，再加上没有 Side Effect 的特性，所以较不用担心 deadlock 等问题。

今日小结

今天讲了 Functional Programming 的基本特性，及其优势。现在愈来愈多的 Library 用到了 FP 的观念，JS 也越来越多 Functional 的函数库，例如：Lodash, Underscore, lazy, Ramda。了解 FP 的基本观念有助于我们在学习其他 Library 更容易上手，也能使我们撰写出更好的代码，希望各位读者有所收获，若有任何疑问欢迎在下方留言给我！